JP2008201168A - 操舵システム - Google Patents

Abstract

【課題】後輪のトー角変更装置と組合わせた電動パワーステアリング装置の操舵トルクの手応え感に違和感を与えないことを目的とする。
【解決手段】少なくとも操舵トルクに応じて、ベース信号Ｄ_Ｔを演算するベース信号演算部５１と、電動機４の角速度もしくは転舵速度に応じて、ダンパ補償信号を演算するダンパ補償信号演算部５２と、ステアリング系の慣性や粘性を補償するイナーシャ補償信号演算部５３とを備え、ダンパ補償信号およびイナーシャ補償信前記ベース信号を補償して定められた目標信号ＩＭ_１によって前記電動機が駆動され、操舵補助力を付与する電動パワーステアリング装置１１０の操舵制御装置であって、前輪操舵車両における前輪の基準セルフアライニングトルクと全輪操舵車両における前輪のセルフアライニングトルクの差分を操舵トルクの手応え感として運転手に付与するように補助トルクの目標信号を補償する。
【選択図】図５

Description

本発明は、前輪の転舵角と車速にもとづいて、後輪のトー角を作動制御する操舵システムに関し、特に前輪の転舵を補助する電動パワーステアリング装置を組合わせた操舵システムに関する。

電動パワーステアリング装置は、電動機が操舵トルクの大きさに応じた補助トルクを発生し、この補助トルクをステアリング系に伝達して、運転者が操舵する操舵力を軽減するものである。操舵トルクと車速によって定まるベース電流（アシストトルク）を、ステアリング系のイナーシャ（慣性）とダンピング（粘性）によって補償し、この補償された電流を目標電流として電動機を制御する技術が開示されている（特許文献１、２参照）。
このような、電動パワーステアリング装置の電動機としてブラシレスモータを用いたものが特許文献３に開示されている。
また、特許文献４には、操向ハンドルの操作角と車速にもとづいて、全走行輪を独立して作動制御する全輪独立操舵装置の技術が開示されている。
特開２００２−５９８５５号公報（図２） 特開２０００−１７７６１５号公報（図２） 特開２００４−３２２８１４号公報（図２、図３） 特公平６−４７３８８号公報（図２）

特許文献１に記載のダンピング、イナーシャ、および、ベース電流の各特性は、ベーステーブル、ダンパテーブル、および、事実上微分特性を備えるイナーシャテーブルを用いて演算される。ここで、操舵トルク、車速および電動機角速度の関数である各テーブルの設定方法について検討する。ベーステーブルは、車速が速くなるほどゲインを低くし、かつ、不感帯を大きくして、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与え、車速の増大に応じてしっかりとした操舵トルクの手応え感を付与すると共に、イナーシャテーブルを使って、電動機の慣性や粘性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵フィーリングを付与する必要がある。

また、イナーシャテーブルは、操舵トルクにもとづいて、事実上微分特性を付与することにより、操舵トルクの変化分、すなわち電動機の回転加速度（操舵回転加速度）に応じて電動機のアシストを増減し、ステアリングダンパ効果と協同して操向ハンドルの応答性を向上させつつ収斂性を向上させて、車両特性を向上させる必要がある。
しかしながら、操向ハンドルの操作角または前輪の転舵角と、車速とにもとづいて後輪のトー角を作動制御させるトー角変更装置と、電動パワーステアリング装置とを組合わせた操舵システムの場合、前輪操舵機能だけの車両における電動パワーステアリング装置の操舵トルクの手応え感に慣れた運転者が、前記操舵システムの車両における電動パワーステアリング装置の操舵トルクの手応え感に違和感を感じる恐れがある。

また、トー角変更装置が、異常状態、例えば、後輪のトー角が固着してしまったような場合や、前輪の操舵が電動パワーステアリング装置で補助されている場合は、運転者が操舵トルクの手応え感に異常を感じず、そのままの状態で操向ハンドルの操作を続けることが考えられる。

そこで、本発明は、前記問題を解決する操舵システムを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角および車速にもとづいて左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、電動パワーステアリング装置およびトー角変更装置を制御する操舵制御装置とを備える操舵システムにおいて、操舵制御装置は、補助トルクの目標値を算出する補助トルク算出手段を有し、補助トルク算出手段から出力される電動機を駆動する目標信号を、前輪に発生する第１のセルフアライニングトルクと前輪操舵機能だけの車両と想定した場合において前輪に発生する第２のセルフアライニングトルクとの差分を補償して目標信号を出力することを特徴とする操舵システム。

請求項１に係る操舵システムによれば、操舵制御装置は補助トルクの目標信号を、トー角変更装置が動作して旋回運動または横方向運動中の車両の操向ハンドルに掛かる操舵トルクの手応え感が、前輪操舵機能だけの車両の場合の操舵トルクの手応え感と同じになるように前輪操舵の補助トルクの目標信号を補償できる。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の操舵システムにおいて、操舵制御装置は、車両の少なくともヨーレート、車速、横すべり角および前輪の転舵角にもとづいて、第１のセルフアライニングトルクを算出する復元トルク算出手段と、車両の少なくとも車速および前輪の転舵角にもとづいて、第２のセルフアライニングトルクを算出する基準復元トルク算出手段と、第１のセルフアライニングトルクと第２のセルフアライニングトルクとの差分を算出して、目標信号を補償する差分補償手段と、を有することを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、車両の少なくともヨーレート、車速、横すべり角および前輪の転舵角にもとづいて復元トルク算出手段において第１のセルフアライニングトルクを算出でき、また、車両の少なくとも車速および前輪の転舵角にもとづいて基準復元トルク算出手段において前輪操舵機能だけの車両における前輪に発生する第２のセルフアライニングトルクを算出でき、第１のセルフアライニングトルクと第２のセルフアライニングトルクの差分により、目標信号を補償することができる。

請求項３に係る発明は、少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角および車速にもとづいて左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、電動パワーステアリング装置およびトー角変更装置を制御する操舵制御装置とを備える操舵システムにおいて、操舵制御装置は、補助トルクの目標値を算出する補助トルク算出手段と、トー角変更装置の異常状態を検知する異常検知手段と、を有し、補助トルク算出手段は、トー角変更装置が通常状態の場合の補助トルクを算出する第１のテーブルと、トー角変更装置が異常状態の場合の補助トルクを算出する第２のテーブルとを有し、異常検知手段がトー角変更装置の異常状態を検知したとき、補助トルク算出手段は、第１のテーブルから第２のテーブルに切り換えて、操舵トルクの手応え感が大きくなるように目標値を算出することを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、異常検知手段がトー角変更装置の異常状態を検知したとき、補助トルク算出手段は、第１のテーブルから第２のテーブルに切り換えて操舵トルクの手応え感が大きくなるように目標値を算出することができる。

また、請求項４に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の操舵システムにおいて、操舵制御装置は、トー角変更装置の異常状態を検知する異常検知手段を有し、補助トルク算出手段は、トー角変更装置が通常状態の場合の補助トルクを算出するための第１のテーブルと、トー角変更装置が異常状態の場合の補助トルクを算出する第２のテーブルとを有し、異常検知手段がトー角変更装置の異常状態を検知したとき、補助トルク算出手段は、第１のテーブルから第２のテーブルに切り換えて、操舵トルクの手応え感が大きくなるように目標値を算出することを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、異常検知手段がトー角変更装置の異常状態を検知したとき、補助トルク算出手段は、第１のテーブルから前記第２のテーブルに切り換えて操舵トルクの手応え感が大きくなるように目標値を算出することができる。

請求項１、請求項２および請求項４に記載の発明によれば、全輪操舵ができる車両の前輪の電動パワーステアリング装置による操舵トルクの手応え感が、前輪のみ操舵ができる車両の前輪の電動パワーステアリング装置による操舵トルクの手応え感とほぼ同じにでき、前輪のみの電動パワーステアリング装置に慣れた運転者にも違和感がない操舵システムを提供することができる。
また、請求項３および請求項４に記載の発明によれば、トー角変更装置が異常状態となり、例えば、後輪のトー角が固着した場合に、操舵トルクの手応え感の変化でトー角変更装置の異常状態を運転者に容易に感じさせる操舵システムを提供することができる。

《実施形態》
本発明の実施形態を図１から図８を参照しながら説明する。
図１は本発明の実施形態に係る操舵システムを適用した４輪車両の全体概念図であり、図２は電動パワーステアリング装置の構成図である。

図１に示すように、操舵システム１００は、前輪１Ｌ、１Ｒを転舵させる操向ハンドル３による操舵を電動機４で補助する電動パワーステアリング装置１１０、電動パワーステアリング装置１１０による前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角と車速とに応じて後輪２Ｌ、２Ｒのトー角をそれぞれ独立にアクチュエータ３０によって変更させるトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒ、電動パワーステアリング装置１１０およびトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒを制御する操舵制御装置１３０（以下、操舵制御ＥＣＵと称する）、車速センサＳ_Ｖ、ヨーレートセンサＳ_Ｙ、横加速度センサＳ_ＧＳなど各種センサを含んで構成されている。

（電動パワーステアリング装置）
電動パワーステアリング装置１１０は、図２に示すように操向ハンドル３が設けられたメインステアリングシャフト３ａと、シャフト３ｃと、ピニオン軸７とが、２つのユニバーサルジョイント（自在継手）３ｂによって連結され、また、ピニオン軸７の下端部に設けられたピニオンギア７ａは、車幅方向に往復運動可能なラック軸８のラック歯８ａに噛合し、ラック軸８の両端には、タイロッド９、９を介して左右の前輪１Ｌ、１Ｒが連結されている。この構成により、電動パワーステアリング装置１１０は、操向ハンドル３の操作時に車両の進行方向を変えることができる。ここで、ラック軸８、ラック歯８ａ、タイロッド９、９は転舵機構を構成する。
なお、ピニオン軸７はその上部、中間部、下部を軸受３ｄ、３ｅ、３ｆを介してステアリングギアボックス６に支持されている。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、操向ハンドル３による操舵力を軽減するための補助操舵力を供給する電動機４を備えており、この電動機４の出力軸に設けられたウォームギア５ａが、ピニオン軸７に設けられたウォームホイールギア５ｂに噛合している。
すなわち、ウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとで減速機構が構成されている。また、電動機４の回転子と電動機４に連結されてているウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとピニオン軸７とラック軸８とラック歯８ａとタイロッド９、９などにより、ステアリング系が構成されている。

電動機４は、複数の界磁コイルを備えた固定子（図示せず）とこの固定子の内部で回動する回転子（図示せず）からなる３相ブラシレスモータであり、電気エネルギーを機械的エネルギー（Ｐ_Ｍ＝ωＴ_Ｍ）に変換するものである。
ここで、ωは電動機４の角速度であり、Ｔ_Ｍは電動機４の発生トルクである。また、発生トルクＴ_Ｍと実際に出力として取り出すことができる出力トルクＴ_Ｍ ^＊との関係は、次式（１）によって表現される。
Ｔ_Ｍ ^＊＝Ｔ_Ｍ−（ｃ_ｍｄθ_ｍ／ｄｔ＋Ｊ_ｍｄ^２θ_ｍ／ｄｔ^２）ｉ^２ ・・・・（１）
ここで、ｉはウォームギア５ａとウォームホイールギア５ｂとの減速比である。
（１）式より、出力トルクＴ_Ｍ ^＊と電動機回転角θ_ｍとの関係は、電動機４の回転子の慣性モーメントＪ_ｍと粘性係数ｃ_ｍとによって規定され、車両特性や車両状態に無関係である。

ここで、操向ハンドル３に加えられる操舵トルクをＴｓ、減速機構を介して倍力された電動機４の発生トルクによりアシストするアシスト量Ａ_Ｈの係数を、例えば、車速ＶＳの関数として変化するｋ_Ａ（ＶＳ）とする。この場合、Ａ_Ｈ＝ｋ_Ａ（ＶＳ）×Ｔｓであるから、路面負荷であるピニオントルクＴｐは、次式（２）のように表される。
Ｔｐ＝Ｔｓ＋Ａ_Ｈ
＝Ｔｓ＋ｋ_Ａ（ＶＳ）×Ｔｓ ・・・・・・・（２）
これより、操舵トルクＴｓは、次式（３）のように表現される。
Ｔｓ＝Ｔｐ／（１＋ｋ_Ａ（ＶＳ）） ・・・・・・・（３）

したがって、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐ（負荷）の１／｛１＋ｋ_Ａ（ＶＳ）｝倍に軽減される。例えば、車速ＶＳ＝０のときにｋ_Ａ（０）＝２ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐの１／３の軽さに制御され、車速ＶＳ＝１００ｋｍ／ｈのときに、ｋ_Ａ（１００）＝０ならば、操舵トルクＴｓは、ピニオントルクＴｐと等しくなり、マニュアルステアリングと同等のしっかりとした重さの操舵トルクの手応え感に制御される。すなわち、車速ＶＳに応じて操舵トルクＴｓを制御することにより、低速走行時には軽やかに、高速走行時にはしっかりとした安定な操舵トルクの手応え感が付与される。

また、電動パワーステアリング装置１１０は、電動機４を駆動する電動機駆動回路２３と、レゾルバ２５と、ピニオン軸７に加えられるピニオントルクＴ_Ｐを検出するトルクセンサＳ_Ｔと、トルクセンサＳ_Ｔの出力を増幅する差動増幅回路２１と、車両の速度（車速）を検出する車速センサＳ_Ｖとを備えている。
そして、操舵システム１００の電動機操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動パワーステアリング装置１１０の機能部である電動機４を駆動制御する後記する電動パワーステアリング制御部１３０ａ（図５参照）を有している。

電動機駆動回路２３は、例えば、３相のＦＥＴブリッジ回路のような複数のスイッチング素子を備え、電動パワーステアリング制御部１３０ａ（図５参照）からのＤＵＴＹ（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）信号を用いて、矩形波電圧を生成し、電動機４を駆動するものである。
また、電動機駆動回路２３は図示しないホール素子を用いて３相の電動機電流Ｉ（ＩＵ、ＩＶ、ＩＷ）を検出する機能を備えている。
レゾルバ２５は、電動機４の電動機回転角θ_ｍを検出し、角度信号θを出力するものであり、例えば、磁気抵抗変化を検出するセンサを周方向に等間隔の複数の凹凸部を設けた磁性回転体に近接させたものがある。

トルクセンサＳ_Ｔは、ピニオン軸７に加えられるピニオントルクＴ_Ｐを検出するものであり、ピニオン軸７の軸方向２箇所に逆方向の異方性となるように磁性膜が被着され、各磁性膜の表面に検出コイルがピニオン軸７に離間して挿入されている。
差動増幅回路２１は、検出コイルがインダクタンス変化として検出した２つの磁歪膜の透磁率変化の差分を増幅し、トルク信号Ｔを出力するものである。

車速センサＳ_Ｖは、車速ＶＳを単位時間あたりのパルス数として検出するものであり、車速信号ＶＳを出力する。
操舵制御ＥＣＵ１３０の機能構成については、電動パワーステアリング装置１１０の制御とトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒの制御とまとめて後記する。

（トー角変更装置）
次に、図３、図４を参照しながらトー角変更装置の構成を説明する。
図３は左後輪側のトー角変更装置を示す平面図、図４はトー角変更装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。
トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒは、車両の左右の後輪２Ｌ、２Ｒにそれぞれ取り付けられるものであり、図３では、左後輪２Ｌを例にとりトー角変更装置１２０Ｌを示している。トー角変更装置１２０Ｌは、アクチュエータ３０、トー角変更制御装置（以下、トー角変更制御ＥＣＵと称する）３７を備えている。
なお、図３は、左側の後輪２Ｌのみを示しているが、右側の後輪２Ｒについても同様（対称）にして取り付けられている。ちなみに、操舵制御ＥＣＵ１３０とトー角変更制御ＥＣＵ３７、３７は本発明の操舵制御装置を構成している。

車体のリアサイドフレーム１１にほぼ車幅方向に延びるクロスメンバ１２の車幅方向端部が弾性支持されている。そして、ほぼ車体前後方向に延びるトレーリングアーム１３の前端がクロスメンバ１２車幅方向端部近くで支持されている。トレーリングアーム１３の後端に後輪２Ｌが固定されている。
トレーリングアーム１３は、クロスメンバ１２に装着される車体側アーム１３ａと、後輪２Ｌに固定される車輪側アーム１３ｂとが、ほぼ鉛直方向の回動軸１３ｃを介して連結されて構成されている。これにより、トレーリングアーム１３が車幅方向へ変位することが可能となっている。

前記アクチュエータ３０は、その一端が車輪側アーム１３ｂの回動軸１３ｃより前方側の前端部にボールジョイント１６を介して取り付けられ、他端がクロスメンバ１２にボールジョイント１７を介して取り付けられている。

図４に示すように、アクチュエータ３０は、電動機３１、減速機構３３、送りねじ部３５などを備えて構成されている。
電動機３１は、正逆両方向に回転可能なブラシモータやブラシレスモータなどで構成されている。そして、コイルの巻線温度を検出する温度センサ３１ａを有し、トー角変更制御ＥＣＵ３７の後記する自己診断部８１ｄ（図８参照）に検出温度信号を入力する。
減速機構３３は、例えば、２段のプラネタリギア（図示せず）などが組み合わされて構成されている。ここで、自己診断部８１ｄ、温度センサ３１ａは本発明の異常検出手段を構成する。

送りねじ部３５は、円筒形状に形成されたロッド３５ａと、このロッド３５ａの内部に挿入されて円筒形状をし、内周側にスクリュー溝３５ｂが形成されたナット３５ｃと、スクリュー溝３５ｂと噛合してロッド３５ａを軸方向に移動可能に支持するスクリュー軸３５ｄとを備えて構成されている。
送りねじ部３５は、減速機構３３および電動機３１とともに細長形状のほぼ円筒形状のケース本体３４内に収容されている。また、ケース本体３４の送りねじ部３５側にはブーツ３６がケース本体３４の端部とロッド３５ａの端部との間を蓋うように取り付けられており、ケース本体３４の端部から露出したロッド３５ａの外周面に埃や異物が付着したり、ケース本体３４の内部に外部から埃や異物や水が侵入しないようなっている。

減速機構３３の一端が電動機３１の出力軸と連結され、他端がスクリュー軸３５ｄと連結されている。電動機３１からの動力が、減速機構３３を介してスクリュー軸３５ｄに伝達されてスクリュー軸３５ｄが回転することで、ロッド３５ａがケース本体３４に対して図示左右方向（軸方向）に伸縮自在に動作するようになっている。スクリュー軸３５ｄとナット３５ｃのスクリュー溝３５ｂとの噛合の摩擦力により、電動機３１が通電されて駆動されていない状態においても、後輪のトー角が一定に保持される。

また、アクチュエータ３０には、ロッド３５ａの位置（伸縮量）を検出するストロークセンサ３８が設けられている。このストロークセンサ３８は、例えば、マグネットが内蔵され、磁気を利用して位置を検出できるようになっている。このように、ストロークセンサ３８を用いて位置を検出することにより、後輪２Ｌ、２Ｒのトーイン、トーアウトの舵角（トー角）を個別に高精度に検出できるようになっている。

このように構成されたアクチュエータ３０は、ロッド３５ａの先端に設けられたボールジョイント１６がトレーリングアーム１３の車輪側アーム１３ｂ（図３参照）に回動自在に連結され、ケース本体３４の基端（図４において右側の端）に設けられたボールジョイント１７がクロスメンバ１２（図３参照）に回動自在に連結されている。電動機３１の動力によってスクリュー軸３５ｄが回転してロッド３５ａが伸びる（図４の左方向）と、車輪側アーム１３ｂが車幅方向外側（図３の左方向）に押圧されて、後輪２Ｌが左方向に旋回し、またロッド３５ａが縮む（図４の右方向）と、車輪側アーム１３ｂが車幅方向内側（図３の右方向）に引かれて、後輪２Ｌが右方向に旋回する。

なお、アクチュエータ３０のボールジョイント１６が取り付けられる場所は、ナックルなど後輪２Ｌのトー角を変更できる位置であれば、車輪側アーム１３ｂに限定されるものではない。また、本実施形態においてトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒはセミトレーリングアーム型独立懸架方式のサスペンションに対して適用した場合の例で示したがそれに限定されるものではなく、他の懸架方式のサスペンションにも適用できる。
例えば、ダブルウイッシュボーン式サスペンションのサイドロッドや、ストラット式サスペンションのサイドロッドに前記アクチュエータ３０を組み込むことによっても実現できる。

また、アクチュエータ３０には、トー角変更制御ＥＣＵ３７が一体に構成されている。トー角変更制御ＥＣＵ３７は、アクチュエータ３０のケース本体３４に固定され、ストロークセンサ３８と、温度センサ３１ａとコネクタなどを介して接続されて構成されている。また、トー角変更制御ＥＣＵ３７、３７同士の間と、トー角変更制御ＥＣＵ３７と操舵制御ＥＣＵ１３０との間は通信回線で接続されている。
トー角変更制御ＥＣＵ３７には、車両に搭載された図示しないバッテリなどの電源から電力が供給される。また、操舵制御ＥＣＵ１３０、電動機駆動回路２３にも前記とは別系統でバッテリなどの電源から電力が供給される（図示せず）。

（操舵制御ＥＣＵ）
次に、図５、図６を参照しながら操舵制御ＥＣＵの機能を説明する。
図５は操舵システムの操舵制御ＥＣＵとトー角変更装置の概略制御機能構成図である。図６はベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部の特性を示す図である。

操舵制御ＥＣＵ１３０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータおよび周辺回路などから構成されている。
図５に示すように操舵制御ＥＣＵ１３０は、電動パワーステアリング装置１１０（図１および図２参照）を制御する電動パワーステアリング制御部１３０ａと、本発明の特徴である後輪２Ｌ、２Ｒの目標トー角を演算したり、前記電動パワーステアリング制御部１３０ａに出力する後記するセルフアライニングトルクの差分の補償値を演算したりする後輪トー角制御部１３０ｂを備えている。

（電動パワーステアリング制御部）
まず、図５、図６を参照しながら適宜図２を参照して電動パワーステアリング制御部１３０ａについて説明する。
電動パワーステアリング制御部１３０ａは、ベース信号演算部（補助トルク算出手段）５１と、ダンパ補償信号演算部（補助トルク算出手段）５２と、イナーシャ補償信号演算部（補助トルク算出手段）５３と、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４と、Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５と、２軸３相変換部５６と、ＰＷＭ変換部５７と、３相２軸変換部５８と、電動機速度算出部６７と、励磁電流生成部５９とを備えている。

３相２軸変換部５８は、電動機駆動回路２３が検出する電動機４の３相電流ＩＵ、ＩＶ、ＩＷを、電動機４の回転子の磁極軸であるＤ軸と、このＤ軸に対して電気的に９０度回転した軸であるＱ軸との２軸に変換するものであり、Ｑ軸電流ＩＱは電動機４の発生トルクＴ_Ｍに比例し、Ｄ軸電流ＩＤは励磁電流に比例する。電動機速度算出部６７は、電動機４の角度信号θを微分演算して角速度信号ωを生成する。励磁電流生成部５９は、電動機４の励磁電流の目標信号を生成するが、必要に応じＤ軸電流とＱ軸電流とをほぼ等しくすることにより、弱め界磁制御を行うことができる。

ベース信号演算部５１は、トルク信号Ｔと車速信号ＶＳとから出力トルクＴ_Ｍ ^＊の目標信号ＩＭ_１の基準となるベース信号Ｄ_Ｔを生成する。この信号生成は、予め本実施形態と同じタイプで操舵機能が前輪操舵機能の車両に対する実験測定などによって設定されたべーステーブル（第１のテーブル）５１ａをトルク信号Ｔと車速信号ＶＳとにもとづいて参照することによって行わる。図６（ａ）にべーステーブル５１ａに格納されているベース信号Ｄ_Ｔの関数を示す。ベース信号演算部５１は、トルク信号Ｔの値が小さいときはベース信号Ｄ_Ｔがゼロに設定される不感帯Ｎ１が設けられ、トルク信号Ｔの値がこの不感帯Ｎ１よりも大きくなるとゲインＧ１で直線的に増加する特性を備えている。また、ベース信号演算部５１は、所定のトルク値で出力はゲインＧ２で増加し、さらにトルク値が増加すると出力が飽和する特性を備えている。
また、一般に車両は、走行速度に応じて路面の負荷（路面反力）が異なるため、車速信号ＶＳによりゲインが調整される。車速ゼロの据え切り操作時が最も負荷が重く中低速では比較的負荷が軽くなる。このため、ベース信号演算部５１は、車速ＶＳが大きく高速になるにしたがってゲイン（Ｇ１、Ｇ２）を低く、かつ、不感帯Ｎ１を大きく設定して、マニュアルステアリング領域を大きくとって路面情報を運転者に与える。すなわち、車速ＶＳの増大に応じてしっかりとした操舵トルクＴｓの手応え感が付与される。このとき、マニュアルステアリング領域においてもイナーシャ補償がなされることが必要である。

ベース信号演算部５１は、バックアップテーブル（第２のテーブル）５１ｂを有し、後記するトー角変更制御診断部７３からの指令により、トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒが異常の場合に、バックアップテーブル５１ｂにもとづいてトルク信号Ｔと車速信号ＶＳとから出力トルクＴ_Ｍ ^＊の目標信号ＩＭ_１の基準となるベース信号（目標値）Ｄ_Ｔを生成する。
このバックアップテーブル５１ｂでも、図６の（ａ）に示すようなトルク信号Ｔと車速信号ＶＳの関数であるが、図６の（ａ）において同じ車速に対するゲイン（Ｇ１、Ｇ２）の値を小さくしたもので、ベーステーブル５１ａとは格段にゲイン（Ｇ１、Ｇ２）の値に差があり、補助トルクが小さく運転員に異常を感じさせるような設定である。

図５に戻り、ダンパ補償信号演算部５２は、ステアリング系が備える粘性を補償するため、また車両が高速走行時に収斂性が低下する際にこれを補償するステアリングダンパ機能を有するために設けられるものであり、角速度信号ωがダンパテーブル５２ａを参照することによって行われる。
図６（ｂ）は、ダンパテーブル５２ａの特性関数を示す図であり、電動機４の角速度ωが増加するほど補償値Ｉが直線的に増加し、所定速度で補償値Ｉが急激に増加する特性を備えている。また、車速信号ＶＳの値が高いほど、ゲインを大きくして電動機４の角速度速度、すなわち、転舵速度に応じて電動機４の出力トルクＴ_Ｍ ^＊を減衰させている。言い換えれば、電動機４に大きな電流が供給されて角速度ωが速くなると、電動機４の慣性によって直ぐには角速度ωが低下しない。この現象を回避するために、ダンパ補償信号演算部５２は、電動機４の角速度を抑制制御している。このステアリングダンパ効果により、操向ハンドル３の収斂性を向上させ、車両特性を安定化させることができる。

再び図５に戻り、加算器６１は、ベース信号演算部５１の出力信号Ｄ_Ｔからダンパ補償信号演算部５２の出力信号Ｉを減算するものであり、加算器６２は、加算器６１の出力信号とイナーシャ補償信号演算部５２の出力信号とを加算して出力信号ＩＭ_１とするものである。
なお、ベース信号演算部５１とダンパ補償信号演算部５２と加算器６１とでアシスト制御が行われる。

イナーシャ補償信号演算部５３は、ステアリング系の慣性による影響を補償するものであり、トルク信号Ｔがイナーシャテーブル５３ａを参照することによって演算さる。

また、イナーシャ補償信号演算部５３は、電動機４の回転子の慣性による応答性の低下を補償している。言い換えれば、電動機４は正回転から逆回転に、または、逆回転から正回転に回転方向を切り替える際、慣性によってその状態を持続させようとするので直ぐには回転方向が切り替わらない。そこで、イナーシャ補償信号演算部５３は、電動機４の回転方向の切り替わりが操向ハンドル３の回転方向が切り替わるタイミングに一致するように制御している。このようにして、イナーシャ補償信号演算部５３は、ステアリング系の慣性や粘性による操舵の応答遅れを改善してすっきりした操舵フィーリングを付与している。
また、ＦＦ（Front engine Front wheel drive）やＦＲ（Front engine Rear wheel drive）車、ＲＶ（Recreation Vehicle）やセダンなどの車両特性や車速、路面などの車両状態によって異なる操舵特性に対して、実用上十分な特性が付与される。

加算器６２の出力信号ＩＭ_１は、電動機４のトルクを規定するＱ軸電流の目標信号である。
加算器（差分補償手段）６３は、出力信号ＩＭ_１に対して、後記するセルフアライニングトルク補償演算部７２から出力されるセルフアライニングトルクの差分の補償値を入力されて減算し、加算器６４に出力信号ＩＭ_２を出力する。
セルフアライニングトルク補償演算部７２の詳細な説明は後記する。

加算器６４は出力信号ＩＭ_２からＱ軸電流ＩＱを減算し、偏差信号ＩＥを生成する。Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４は、偏差信号ＩＥが減少するように、Ｐ（比例）制御およびＩ（積分）制御を行う。
加算器６５は、励磁電流生成部５９の出力信号からＤ軸電流ＩＤを減算するものである。Ｄ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５は、加算器６５の出力信号が減少するようにＰＩ帰還制御を行う。

２軸３相変換部５６は、Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部５４の出力信号ＶＱとＤ軸（磁極軸）ＰＩ制御部５５の出力信号ＶＤとの２軸信号を３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷに変換する。ＰＷＭ変換部５７は、３相信号ＵＵ、ＵＶ、ＵＷの大きさに比例したパルス幅のＯＮ／ＯＦＦ信号［ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号］であるデューティ信号（ＤＵ、ＤＶ、ＤＷ）を生成する。
なお、２軸３相変換部５６およびＰＷＭ変換部５７は、電動機４の角度信号θが入力され、回転子の磁極位置に応じた信号が出力される。

（後輪トー角制御部）
次に、図５、図７を参照しながら後輪トー角制御部１３０ｂについて説明する。図５に示すように後輪トー角制御部１３０ｂは、前輪転舵角演算部６８、目標トー角演算部７１、セルフアライニングトルク補償演算部７２、トー角変更制御診断部７３を有する。

前輪転舵角演算部６８は、レゾルバ２５から出力される回転角θから前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角δを算出し、目標トー角演算部７１とセルフアライニングトルク補償演算部７２に入力する。
目標トー角演算部７１は、車速信号ＶＳと、転舵角δとその転舵角δを微分した転舵角速度（これは電動機４の角速度ωに比例するので容易に求めることができる）とから後輪２Ｌ、２Ｒのそれぞれの目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲを生成し、左右の後輪２Ｌ、２Ｒのそれぞれのトー角変更を制御するトー角変更制御ＥＣＵ３７、３７に目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲを入力する（図８参照）。この目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲ生成は、予め左右の後輪２Ｌ、２Ｒごとに設定されたトー角テーブル７１ａを転舵角δ、転舵角δの角速度δ’、車速ＶＳにもとづいて参照することによって行なわれる。
例えば、次式（４）、（５）のように設定される。
α_ＴＬ＝Ｋ_Ｌ（ＶＳ，δ’，δ）・δ ・・・・（４）
α_ＴＲ＝Ｋ_Ｒ（ＶＳ，δ’，δ）・δ ・・・・（５）
ここで、Ｋ_Ｌ（ＶＳ）、Ｋ_Ｒ（ＶＳ）は車速ＶＳ、転舵角δおよび転舵角の角速度δ’に依存する前後輪操舵比であり、後輪の目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが、車速が所定の低速の範囲では、転舵角δに応じて後輪２Ｌ、２Ｒが逆位相に、小回りがしやすいように各後輪の目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが生成される。

前記所定の低速の範囲を超える高速の範囲では、転舵角の角速度δ’の絶対値が所定の値以下で、かつ、転舵角δが左右の所定の範囲以内の場合は、転舵角δに応じて同位相に各後輪２Ｌ、２Ｒの目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが設定される。つまり、レーンチェンジにおける横すべり角βを小さくするように各後輪２Ｌ、２Ｒの目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが設定される。
しかし、前記所定の低速の範囲を超える高速の範囲で、転舵角の角速度δ’の絶対値が所定の値を超えるか、または、転舵角δが左右の所定の範囲を超える大きな転舵角δの場合は、転舵角δに応じた逆位相に各後輪の目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが設定される。
なお、目標トー角演算部７１で生成される目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲは、旋回安定性の観点から必ずしもアッカーマン・ジャントのジオメトリに従う必要はない。また、転舵角δが０°のとき目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲが、それぞれ、例えば、２°のトーインの設定になっていても良い。

セルフアライニングトルク補償演算部７２の詳細な機能を図７を参照しながら（適宜図１を参照）説明する。セルフアライニングトルク補償演算部７２は、運動パラメータ算出部（復元トルク算出手段、基準復元トルク算出手段）７２ａ、セルフアライニングトルク算出部（復元トルク算出手段）７２ｂ、基準セルフアライニングトルク算出部（基準復元トルク算出手段）７２ｃ、セルフアライニングトルク差分算出部（差分補償手段）７２ｄを有している。

運動パラメータ算出部７２ａは、ヨーレートセンサＳ_Ｙ（図１参照）からのヨーレートγ、車速ＶＳ、横加速度センサＳ_ＧＳからの横加速度Ｇ_Ｓ、転舵角δ、後輪２Ｌ、２Ｒの目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲにもとづいて車体の横すべり角βを算出する。この横すべり角βは、例えば、予め実験測定などによって設定された図示しない横すべり角テーブルにもとづいてヨーレートγ、車速ＶＳ、横加速度Ｇ_Ｓ、転舵角δ、後輪２Ｌ、２Ｒの目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲを参照することによって行われる。運動パラメータ算出部７２ａは、また、図示しない基準ヨーレート換算テーブルと基準横すべり角換算テーブル、基準横加速度換算テーブルを有し、車速ＶＳ、転舵角δにもとづいて、基準ヨーレート換算テーブルを参照して前輪転舵機能のみの車両における現在の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角δと車速ＶＳに対応する基準ヨーレートγ^＊を算出し、基準横加速度換算テーブルを参照して前輪転舵機能のみの車両における現在の前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角δと車速ＶＳに対応する基準横加速度Ｇ^＊ _Ｓを算出し、さらに、基準ヨーレートγ^＊、車速ＶＳ、基準横加速度Ｇ^＊ _Ｓ、転舵角δにもとづいて基準横すべり角換算テーブルを参照して前輪転舵機能のみの車両における基準横すべり角β^＊を算出する。
算出された横すべり角βはセルフアライニングトルク算出部７２ｂに入力され、算出された基準ヨーレートγ^＊と基準横すべり角β^＊は基準セルフアライニングトルク算出部７２ｃに入力される。

セルフアライニングトルク算出部７２ｂは、前輪１Ｌ、１Ｒの図示しないキングピン軸回りに発生するする復元モーメントＴ_{Ｓ、ＲＴＣ}を、例えば、次式（６）にもとづいて算出し、さらに、次式（７）のように操向ハンドル３のシャフト３ｃ（図２参照）回りのトルクに換算したセルフアライニングトルクＴ_{ＳＡＴ，ＲＴＣ}に換算する。

ここで、キャスタトレールをξｃ、ニューマチックトレールξｎとすると、ξ＝ξｃ＋ξｎであり、ｌ_ｆは前輪車軸と重心間の距離を、Ｋ_ｆは前輪タイヤのコーナリングパワーを、Ｃはキングピン軸回りのモーメントを操向ハンドル３のシャフト３ｃ回りのトルクに換算する係数である。

同様に、基準セルフアライニングトルク算出部７２ｃは、仮想的に前輪操舵機能のみの車両における、基準ヨーレートγ^＊、現在の転舵角δ、基準横すべり角β^＊の場合の、前輪１Ｌ、１Ｒの図示しないキングピン軸回りに発生するする基準復元モーメントＴ_Ｓ ^＊を、例えば、次式（８）にもとづいて算出し、さらに、次式（９）のように操向ハンドル３のシャフト３ｃ（図２参照）回りのトルクに換算した基準セルフアライニングトルクＴ^＊ _ＳＡＴに換算する。

そして、セルフアライニングトルク差分算出部７２ｄは、式（７）、（９）で算出したシャフト３ｃ（図２参照）回りのトルクに換算した基準セルフアライニングトルクＴ^＊ _ＳＡＴとセルフアライニングトルクＴ_{ＳＡＴ，ＲＴＣ}の差分の補償値を次式（１０）のように算出する。
（Ｔ^＊ _ＳＡＴ−Ｔ_{ＳＡＴ，ＲＴＣ}）×ｋ ・・・・・・・・・（１０）
ここで、ｋは係数であり、チューニングパラメータである。
式（１０）で算出されたセルフアライニングトルクの差分の補償値が、加算器６３に入力される。
なお、係数Ｃは所定の一定値でも良いし、車速ＶＳなどに依存して変化する所定の変数でも良い。例えば、ベース信号演算部５１においてベース信号Ｄ_Ｔを生成するときに、トルク信号Ｔと車速信号ＶＳに応じて、ゲインＧ１、Ｇ２を変化させているのに対応させて、係数Ｃをトルク信号Ｔと車速ＶＳに応じて（つまり、ゲインで）設定すると、セルフアライニングトルクが補助トルクと同一ゲインで補償されるので、都合が良い。

こうして、電動パワーステアリング制御部１３０ａの加算器６３において、前輪１Ｌ、１Ｒのある転舵角δで車両が旋回運動した場合に、全輪操舵車両におけるセルフアライニングトルクＴ_{ＳＡＴ，ＲＴＣ}を、前輪１Ｌ、１Ｒのみの操舵機能の車両におけるセルフアライニングトルクＴ^＊ _ＳＡＴとの差分を補償できるので、前輪操舵機能のみの従来車両になれた運転者に、全輪操舵車両の場合にも、操向ハンドル３の操舵トルクの操舵トルクの手応え感に違和感を与えることがない。

次に後輪転舵機能診断部７３について説明する。後輪転舵機能診断部７３はトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒのトー角変更制御ＥＣＵ３７の後記する自己診断部８１ｄ（図８参照）から異常検知信号を受信したとき、セルフアライニングトルク補償演算部７２において補償演算をせずに０信号を出力するように指令し、また、ベース信号演算部５１にベーステーブル５１ａからバックアップテーブル５１ｂを参照するように切り換え指令を出力する。

（トー角変更制御ＥＣＵ）
次に、図８を参照しながらトー角変更制御ＥＣＵの詳細な構成を説明する。図８はトー角変更装置のトー角変更制御ＥＣＵの制御機能のブロック構成図である。
図８に示すように、トー角変更制御ＥＣＵ３７はアクチュエータ３０を駆動制御する機能を有し、制御部８１と電動機駆動回路８３とで構成されている。また、各トー角変更制御ＥＣＵ３７は、操舵制御ＥＣＵ１３０と通信線を介して接続され、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７とも通信線を介して接続されている。

制御部８１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭなどを備えるマイクロコンピュータおよび周辺回路などから構成されており、目標電流算出部８１ａ、電動機制御信号生成部８１ｃ、自己診断部（異常検知手段）８１ｄを有している。
一方（右後輪２Ｒ側）のトー角変更制御ＥＣＵ３７の目標電流算出部８１ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０から通信線を介して入力される後輪２Ｒの目標トー角α_ＴＲと、ストロークセンサ３８から得られる現在の後輪２Ｒのトー角α_Ｒとにもとづいて、目標電流信号を算出して、電動機制御信号生成部８１ｃに出力する。
他方（左後輪２Ｌ側）のトー角変更制御ＥＣＵ３７の目標電流算出部８１ａは、操舵制御ＥＣＵ１３０から通信線を介して入力される後輪２Ｌの目標トー角α_ＴＬと、ストロークセンサ３８から得られる現在の後輪２Ｌのトー角α_Ｌとにもとづいて、目標電流信号を算出して、電動機制御信号生成部８１ｃに出力する。

ここで、目標電流信号とは、アクチュエータ３０を所望の速度で所望の作動量（後輪２Ｌ、２Ｒを所望のトー角α_ＴＬ、α_ＴＲにする伸縮量）に設定するのに必要な電流信号である。
このように目標電流算出部８１ａにおいて目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲに対して現在のトー角α_Ｌ、α_Ｒをフィードバックして、目標電流信号を補正することにより、後輪２Ｌ（または２Ｒ）の転舵に要する電流値が車速ＶＳ、路面環境、車両の運動状態、タイヤの磨耗状態などによって変化するのをフィードバックして、目標のトー角α_ＴＬ、α_ＴＲに速やかに設定することができる。

電動機制御信号生成部８１ｃは、目標電流算出部８１ａから目標電流信号が入力され、電動機駆動回路８３に電動機制御信号を出力する。この電動機制御信号は、電動機３１に供給する電流値と電流を流す方向を含む信号である。電動機駆動回路８３は、ＦＥＴ（Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のブリッジ回路などで構成され、電動機制御信号にもとづいて電動機３１に電動機電流を供給する。

また、図８に示すように自己診断部８１ｄは、自身が属する側のトー角変更装置１２０Ｌまたはトー角変更装置１２０Ｒのストロークセンサ３８の位置信号や電動機駆動回路８３のホール素子からの検出信号、温度センサ３１ａからの温度信号、目標電流算出部８１ａの状態監視にもとづき、異常状態を検出したか否かを判定する。
例えば、自己診断部８１ｄは、温度センサ３１ａの信号が所定値を超える場合は、電動機３１の巻線温度異常と判断し、所定の目標トー角α_ＳＬ（または目標トー角α_ＳＲ）、例えば、０°を目標電流算出部８１ａに入力する。ここで、目標トー角α_ＳＬは異常検知時の左後輪２Ｌに対する目標トー角であり、目標トー角がα_ＳＲは異常検知時の右後輪２Ｒに対する目標トー角である。

また、自己診断部８１ｄは、目標電流算出部８１ａと電動機駆動回路８３のホール素子からの検出信号を監視するとともに、ストロークセンサ３８からの位置信号により、アクチュエータ３０の固着の有無を判定し、固着と判定した場合は、電動機駆動回路８３に電動機３１への給電停止を指令し、目標電流算出部８１ａに現在のトー角α_Ｌ（またはトー角α_Ｒ）を目標トー角α_ＳＬ（または目標トー角α_ＳＲ）として入力する。そして、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７の自己診断部８１ｄに異常状態検知信号と、異常を検知して前記対処したモードの信号を送信する。

なお、異常検知手段として、自己診断部８１ｄだけでなく、ウォッチドッグ回路を周辺回路として設けて制御部８１を監視し、制御部８１の異常を検出したとき電動機駆動回路８３に電動機３１への給電停止を指令し、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７の自己診断部８１ｄに異常状態検知信号を出力させるようにしても良い。

さらに、自己診断部８１ｄは、他方の側のトー角変更装置１２０Ｒ（またはトー角変更装置１２０Ｌ）のトー角変更制御ＥＣＵ３７の自己診断部８１ｄからの異常検知信号を受信をしていないかチェックし、異常検知信号を受信している場合は、その前記対処したモードの信号にもとづいて、目標電流算出部８１ａに目標トー角α_ＳＬ（または目標トー角α_ＳＲ）を入力する。
つまり、自身のトー角変更制御ＥＣＵ３７に対応するトー角変更装置１２０Ｌ（またはトー角変更装置１２０Ｒ）が健全に作動しているか否かを示す信号を受信して監視しているとともに、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７に対応するトー角変更装置１２０Ｒ（またはトー角変更装置１２０Ｌ）が健全に作動しているか否かを示す信号を監視し、いずれかの側が異常である場合は、両方のトー角変更制御ＥＣＵ３７、３７は所定の同一モードの対処をする。
そして、自己診断部８１ｄは、異常検知信号をトー角変更制御診断部７３に送る。

以上説明したように、本実施形態によれば、前輪１Ｌ、１Ｒのみの操舵機能の車両に慣れた運転者が本実施形態の操舵システム１００を適用した車両に乗って運転した場合でも、同じ車速ＶＳ、同じ転舵角δに対して、前輪１Ｌ、１Ｒのみの操舵機能の車両において生じる基準横すべり角β^＊、基準ヨーレートγ^＊にもとづいた基準セルフアライニングトルクＴ^＊ _ＳＡＴと、全輪操舵車両における現在の横すべり角β、基準ヨーレートγとにもとづくセルフアライニングトルクＴ_{ＳＡＴ，ＲＴＣ}との差分を補償値として加算器６２からの目標電流ＩＭ_１に対して加算器６３で減算して得られた目標電流ＩＭ_２を補助トルクを電動機４に出力するので、運転者に前輪操舵機能のみの車両のような操舵トルクの手答え感を与えることができる。
また、ベース信号演算部５１において参照するベーステーブル５１ａを、操舵システム１００を適用した車両と、前輪操舵機能だけの車両とで別個に作成する必要が無く、従来の前輪操舵機能だけの車両と同じベーステーブル５１ａとすることができ、操舵システム１００を適用した車両に対するベースデータ５１ａの制御データの作成の手間が省略できる。

例えば、操舵システム１００を適用した車両と、前輪操舵機能だけの車両において、車速８０ｋｍ／ｈにおいて操向ハンドル３の操作角θ_Ｈを１００°（ｄｅｇ）ステップ的に操作した場合の操向ハンドル３の操作角θ_Ｈの変化に対する車両のヨーレートγ、横すべり角β、横加速度Ｇ_Ｓ、キングピン回りのモーメントの時間推移を図９から図１１に示す。
図９は操舵システム１００を適用した車両に対するものであり、（ａ）は操向ハンドルの操作角θ_Ｈの時間変化、（ｂ）は車両のヨーレートγ（ｄｅｇ／ｓ）の時間変化、（ｃ）は車両の横すべり角β（ｄｅｇ）の時間変化、（ｄ）は横加速度Ｇ_Ｓ（Ｇ）の時間変化である。
図１０は前輪操舵機能のみの車両に対するものであり、（ａ）は操向ハンドルの操作角θ_Ｈの時間変化、（ｂ）は車両のヨーレートγ（ｄｅｇ／ｓ）の時間変化、（ｃ）は車両の横すべり角β（ｄｅｇ）の時間変化、（ｄ）は横加速度Ｇ_Ｓ（Ｇ）の時間変化である。

図１１は前記図９、図１０の操向ハンドル３の操向角θ_Ｈのステップ入力に対するキングピン軸周りの２つの前輪の復元モーメントの時間変化を操舵システム１００を適用した車両と、前輪操舵機能だけの車両とで比較したものである。
操舵システム１００を適用した車両は、前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角δに対し後輪２Ｌ、２Ｒのトー角が逆位相に設定されるので、小回りができヨーレートγ、横すべり角β、横加速度Ｇ_Ｓも前輪転舵機能のみの車両よりも大きくなる。従って、キングピン軸回りの復元モーメントもこれに対応して、図１１の曲線ａに示すように操舵システム１００を適用した車両のモーメントの方が、曲線ｂに示す前輪操舵機能のみの車両のモーメントよりも大きくなる。従って、そのようなより大きい復元モーメントに対応した操舵トルクの手応え感を運転者に与えるように、曲線ａと曲線ｂの復元モーメントの差分に相当する補償値をセルフアライニングトルク補償演算部７２が算出して加算器６３にて減算させる。このようにすることにより、ベース信号演算部５１が曲線ｂに対応するような前輪操舵機能のみの車両に対する補助トルクの目標値を出力していても、セルフアライニングトルク補償演算部７２と加算器６３により、全輪操舵機能の車両に適した補助トルクの目標信号とすることができる。

さらに、操舵制御ＥＣＵ１３０は、後輪転舵機能診断部７３がトー角変更制御ＥＣＵ３７からの後輪転舵機能の異常信号を受信したとき、ベース信号演算部５１において使用するテーブルをベーステーブル５１ａからバックアップテーブル５１ｂに切換させ、また、セルフアライニングトルク補償演算部７２からの出力信号を０信号にして加算器６３に出力させるので、補助トルクが小さくなり、運転者は操舵トルクの手応え感が大きくなるのを感じて、操舵機能に異常があることを感知しやすくなる。

なお、一方のトー角変更制御ＥＣＵ３７の自己診断部８１ｄが異常状態を検知したとき、他方のトー角変更制御ＥＣＵ３７に対して異常信号を発信して、両方のトー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒのトー角を固定するように制御するので、後輪２Ｌ、２Ｒのトー角のみの一方のみが変更制御され続けることが防止でき、トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒの異常状態時の走行性が安定に維持される。

ちなみに、後輪トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒに異常状態が検出されて、自己診断部８１ｄが目標電流算出部８１ａに異常状態時の目標トー角α_ＳＬ、α_ＳＲとして所定の値、例えば、０°とか０．５°トーインの値を注入して目標トー角α_ＴＬ、α_ＴＲに設定された場合、車両は通常の前輪操舵機能のみの車両となり、セルフアライニングトルク補償演算部７２はトー角変更診断部７３からの指令により補償信号を０として加算器６３に出力することになる。その場合ベース信号演算部５１もトー角変更診断部７３からの指令により出力する目標信号Ｄ_Ｔは、バックアップテーブル５２ａを参照して操舵トルクの手応え感が大きくなるが、前輪操舵機能の車両に相当する補助トルクの目標信号を出力するので、操舵特性が車両特性と整合し、運転者の操舵フィーリングの変化にジャンプを与えないで済む。

本実施形態では、トー角変更制御ＥＣＵ３７に目標電流を算出させるとともに、アクチュエータ３０と一体に構成し、操舵制御ＥＣＵ１３０と別個に配置して構成することで、ストロークセンサ３８からの検出値（位置情報）を操舵制御ＥＣＵ１３０に戻すことなくトー角変更制御ＥＣＵ３７内で位置制御および電流制御のフィードバック処理が可能になる。よって、トー角変更装置１２０Ｌ、１２０Ｒ側のみでフィードバックループが形成されるので、個々のアクチュエータ３０のバラツキに合わせて設定が可能になり（操舵制御ＥＣＵ１３０に合わせて設定しなくても済み）、処理速度を上げることが可能になる。つまり、操舵制御ＥＣＵ１３０は、各トー角変更制御ＥＣＵ３７に対してどれだけ移動してほしいのかという指示を出さず、目標トー角α_ＳＬ、α_ＳＲの信号を出力するだけなくて良いので、操舵制御ＥＣＵ１３０の負荷を最小にすることが可能になる。また、これにより、車両の種類に応じた操舵力を持つアクチュエータ３０に対応した電動機駆動回路８３を有するトー角変更制御ＥＣＵ３７への交換が容易になる。

また、アクチュエータ３０の電動機３１と操舵制御ＥＣＵ１３０とを接続すると、フィードバックループが非常に長くなり、フィードバックループが長くなることによって位相遅れが大きくなり、制御精度が低下するという問題がある。これに対して、本実施形態では、トー角変更制御ＥＣＵ３７の制御部８１自身が目標電流を算出できるようにしたので、フィードバックループを最短にすることが可能になり、制御精度を向上できるようになる。

（変形例）
本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような種々の変形が可能である。
（１）本実施の形態では前輪１Ｌ、１Ｒの転舵角δを取得するために電動機４の回転角信号θにもとづいて前輪転舵角演算部６８が算出するものとしたが、転舵角センサを転舵機構に設けて直接検出することにしても良いし、ピニオン軸７に操作角センサを設けて、操向ハンドル３の操作角信号から換算するようにしても良い。
（２）また、セルフアライニングトルク算出部７２ｂ、基準セルフアライニングトルク算７２ｃでは、式（６）〜（９）を用いてシャフト３ｃ周りのセルフアライニングトルクと基準セルフアライニングトルクを算出することとしたがそれに限定されるものではない。
予め、実車で計測して、車速ＶＳ、転舵角δ、ヨーレートγ、横加速度Ｇ_Ｓを入力パラメータとした計算モデルを構築し、その計算モデルからセルフアライニングトルクと基準セルフアライニングトルクを算出するようにしても良い。この計算モデルはニューラルネットワークなどの非線形モデルでも良いし、伝達関数のような線形モデルでも良い。
（３）また、ベーステーブル５１ａからバックアップテーブル５１ｂに切り換わるときのゲインの変化度合いを固定にせず、後輪の異常状態時の目標トー角α_Ｓ（α_ＳＬ、α_ＳＲ）の値の基準値、例えば、０°とか０．５°トーインの値との較差に依存して、較差が大きいほどアシスト量を減じる（ゲインＧ１、Ｇ２を減じる）ようにしても良い。
（４）前記実施形態における電動パワーステアリング制御部１３０ａは、目標電流を設定して電動機４に流す電流を制御したが、電動機４に印加される電圧を目標電圧に設定することもでき、電動機４が出力するトルクを目標トルクに設定して、電動機４に流す電流を制御することもできる。この目標電圧あるいは目標トルクも目標信号に含まれる。

本発明の実施形態に係る操舵システムを備えた４輪車両の全体概念図である。 操舵システムの電動パワーステアリング装置の構成図である。 操舵システムの左後輪側のトー角変更装置の構成図である。 トー角変更装置のアクチュエータの構造を示す概略断面図である。 操舵システムの操舵制御ＥＣＵとトー角変更装置の概略制御機能構成図である。 ベース信号演算部およびダンパ補償信号演算部の特性を示す図である。 セルフアライニングトルク補償演算部の詳細な機能構成ブロック図である。 トー角変更装置のトー角変更制御ＥＣＵの制御機能ブロック構成図である。 操舵システムを適用した車両における操作角の変化に対する車両運動を示す図であり、（ａ）は操向ハンドルの操作角の時間変化図、（ｂ）は車両のヨーレートγの時間変化図、（ｃ）は車両の横すべり角βの時間変化図、（ｄ）は横加速度Ｇ_Ｓの時間変化図である。 前輪操舵機能の車両における操作角の変化に対する車両運動を示す図であり、（ａ）は操向ハンドルの操作角の時間変化図、（ｂ）は車両のヨーレートγの時間変化図、（ｃ）は車両の横すべり角βの時間変化図、（ｄ）は横加速度Ｇ_Ｓの時間変化図である。 図９、図１０の操向角のステップ入力に対するキングピン軸周りの２つの前輪の復元モーメントの時間変化図である。

符号の説明

１Ｌ、１Ｒ 前輪
２Ｌ、２Ｒ 後輪
３ 操向ハンドル
４ 電動機
２５ レゾルバ
３０ アクチュエータ
３１ 電動機
３１ａ 温度センサ（異常検知手段）
３３ 減速機構
３５ 送りねじ部
３７ トー角変更制御ＥＣＵ（操舵制御装置）
３８ ストロークセンサ
５１ ベース信号演算部（補助トルク算出手段）
５１ａ ベーステーブル（第１のテーブル）
５１ｂ バックアップテーブル（第２のテーブル）
５２ ダンパ補償信号演算部（補助トルク算出手段）
５３ イナーシャ補償信号演算部（補助トルク算出手段）
５４ Ｑ軸（トルク軸）ＰＩ制御部
６３ 加算器（差分補償手段）
６７ 電動機速度算出部
６８ 前輪転舵角演算部
７１ 目標トー角演算部
７１ａ トー角テーブル
７２ セルフアライニングトルク補償演算部
７２ａ 運動パラメータ算出部（復元トルク算出手段、基準復元トルク算出手段）
７２ｂ セルフアライニングトルク算出部（復元トルク算出手段）
７２ｃ 基準セルフアライニングトルク算出部（基準復元トルク算出手段）
７２ｄ セルフアライニングトルク差分算出部（差分補償手段）
７３ トー角変更制御診断部
８１ 制御部
８１ａ 目標電流算出部
８１ｃ 電動機制御信号生成部
８１ｄ 自己診断部（異常検知手段）
８３ 電動機駆動回路
１００ 操舵システム
１１０ 電動パワーステアリング装置
１２０Ｌ、１２０Ｒ トー角変更装置
１３０ 操舵制御ＥＣＵ（操舵制御装置）
１３０ａ 電動パワーステアリング制御部
１３０ｂ 後輪トー角制御部
Ｓ_ＧＳ 横加速度センサ
Ｓ_Ｔ トルクセンサ
Ｓ_Ｙ ヨーレートセンサ
Ｓ_Ｖ 車速センサ

Claims (4)

1. 少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、該補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角および車速にもとづいて左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、前記電動パワーステアリング装置および前記トー角変更装置を制御する操舵制御装置とを備える操舵システムにおいて、
   前記操舵制御装置は、
   前記補助トルクの目標値を算出する補助トルク算出手段を有し、該補助トルク算出手段から出力される前記電動機を駆動する目標信号を、前記前輪に発生する第１のセルフアライニングトルクと前輪操舵機能だけの車両と想定した場合において前記前輪に発生する第２のセルフアライニングトルクとの差分を補償して前記目標信号として出力することを特徴とする操舵システム。
2. 前記操舵制御装置は、
   車両の少なくともヨーレート、車速、横すべり角および前輪の転舵角にもとづいて、前記第１のセルフアライニングトルクを算出する復元トルク算出手段と、車両の少なくとも車速および前輪の転舵角にもとづいて、前記第２のセルフアライニングトルクを算出する基準復元トルク算出手段と、
   前記第１のセルフアライニングトルクと前記第２のセルフアライニングトルクとの差分を算出して、前記目標信号を補償する差分補償手段と、を
   有することを特徴とする請求項１に記載の操舵システム。
3. 少なくとも操舵トルクに応じて、電動機が補助トルクを発生し、該補助トルクを前輪のステアリング系に伝達する電動パワーステアリング装置と、少なくとも前輪の転舵角および車速にもとづいて左右の後輪のトー角を変更可能とするトー角変更装置と、前記電動パワーステアリング装置および前記トー角変更装置を制御する操舵制御装置とを備える操舵システムにおいて、
   前記操舵制御装置は、
   前記補助トルクの目標値を算出する補助トルク算出手段と、前記トー角変更装置の異常状態を検知する異常検知手段と、を有し、
   前記補助トルク算出手段は、前記トー角変更装置が通常状態の場合の前記補助トルクを算出するための第１のテーブルと、前記トー角変更装置が異常状態の場合の前記補助トルクを算出する第２のテーブルとを有し、
   前記異常検知手段が前記トー角変更装置の異常状態を検知したとき、前記補助トルク算出手段は、前記第１のテーブルから前記第２のテーブルに切り換えて、操舵トルクの手応え感が大きくなるように前記目標値を算出することを特徴とする操舵システム。
4. 前記操舵制御装置は、前記トー角変更装置の異常状態を検知する異常検知手段を有し、
   前記補助トルク算出手段は、前記トー角変更装置が通常状態の場合の前記補助トルクを算出する第１のテーブルと、前記トー角変更装置が異常状態の場合の前記補助トルクを算出する第２のテーブルとを有し、
   前記異常検知手段が前記トー角変更装置の異常状態を検知したとき、前記補助トルク算出手段は、前記第１のテーブルから前記第２のテーブルに切り換えて、操舵トルクの手応え感が大きくなるように前記目標値を算出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の操舵システム。

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